“响尾蛇”导弹家族(5) - 第三代红外焦平面阵

1990年两德统一后北约用AIM-9M和从东德获得的俄制R-73格斗导弹进行了模拟空战对比测试，发现明显低估了它的性能。挂载AIM-9M的F-15和挂载R-73、配备头盔瞄准器的米格-29进行了50次格斗，仅胜1场。

作为世界上首款第四代空对空格斗导弹，1985年问世的R-73采用了推力矢量控制技术和先进的低温导引头，其早期版本不但机动性远胜于AIM-9M的最新型号（40G对30G），导引头捕获/跟踪能力、下视下射能力抗干扰能力也更强，射程更远，速度更快，全方面领先。

而整个西方除了法国的“魔术”和以色列的“怪蛇”外装备的全都是“响尾蛇”，经过2次迭代型号众多，但其整体架构仍然是30多年前底子，发展潜力基本耗尽。对R-73的重新评估给西方空军敲响了警钟，也催生出了一批新一代格斗导弹：德国的IRIS-T、英国的ASRAAM、以色列的“怪蛇IV”以及本文的主角AIM-9X。

失败的欧美合作

实际上美国国防部并不是对格斗导弹的发展漠不关心。1979年美国政府提出联合开发、精简重复型号的建议，如果北约采购美国研发中的AMRAAM先进中距空空导弹（也就是后来的AIM-120），则英国航宇可以成为ASRAAM先进短距空空导弹的主承包商，并在美国联合生产。1980年英法德美四国签署了一份谅解备忘录，英德承诺放弃发展中距弹，为研制中的欧洲战斗机（就是后来的“台风”）装备AMRAAM，作为交换美国将采购英德联合研制的ASRAAM。

之后坚持国防自主的法国退出该协议，自行研发了中/短距兼顾的“米卡”导弹。共同参与并分摊研发费用的所谓“欧洲”四国变成了英国（42.5%）、德国（42.5%）、挪威（5%）和加拿大（10%）。

当时美国拥有雷达制导导弹的丰富研制经验，AIM-7“麻雀”是北约标准中距导弹，意大利的“阿斯派德”和英国的“天空闪光”都是它的衍生型号，AIM-54“不死鸟”更是独步天下。英国的霍克·西德利公司在60年代末研制了世界上第一种采用推力矢量控制和低阻弹体的Taildog“尾狗”格斗弹，后来演化为SRAAM“猫鼬”。德国和挪威则在“蝰蛇”及ALASCA导弹的开发过程中掌握了跳出“响尾蛇”体系的关键技术。这种分工合作在技术上和政治上都显得很合理。

> “响尾蛇”（上）和“猫鼬”（下）对比，“猫鼬”采用独特的发射管发射方式

ASRAAM项目从1984年开始方案设计，但正如众多国际武器合作项目一样它的管理和财务架构过于复杂，需要平衡各方的不同需求，英国强调高初速和更远的射程，德国坚持要针对近距格斗优化，突出高机动性。而冷战最后几年欧洲的经济地位不断增强，美欧防务工业关系正在降温。1987年美国在对该项目保持多年沉默之后忽然提出新导弹必须使用“响尾蛇”的发射导轨，导致此前已开发的MSU通用飞机导轨适配器无法使用，项目延误一年。1989年7月德国退出，1990年美国、加拿大和挪威也分别退出，在导弹进入全面研发阶段前彻底扼杀了该项目。

英国在解除了多方博弈的桎梏后继续独立推进导弹的研发，进展相当顺利，这就是后来英国自己的ASRAAM。有趣的是它的首次制导试射是1996年在美国埃格林空军基地进行了，由F-16挂载发射。1998年澳大利亚成为首个国际客户，为F/A-18C/D配备ASRAAM，同年该导弹交付英国皇家空军进行测试。

先进技术探索

眼看白白等待了近10年的ASRAAM计划要泡汤，美国内部在20几年后再一次启动“响尾蛇”的替换型号研制。于80年代末到90年代初开发了多种试验型号，包括美国空军绝密的Have Thrust、休斯的Top Hat（“顶帽"）、雷锡昂的Box Office（“票房”）、海军中国湖的BOA（“蟒蛇”）。这些型号密级很高，外界了解得非常少，Have Thrust更是除了项目代号外一无所知。

休斯的“顶帽"导弹气动布局类似中距弹，对于普遍采用鸭翼或者尾部控制以提高机动性的格斗弹来说显得很另类，但它采用了先进的红外焦平面阵列技术，这款导引头也被BAE系统公司选用安装在ASRAAM上。

美国空军和雷锡昂合作开发的“票房”采用光杆低阻弹体，取消前翼并缩小尾翼直径以便装入F-22的弹舱，尾翼采用独特的60度/120度安装角，而不是通常的十字形。其长度比“响尾蛇”略大，阻力减半，有效射程、机动性翻倍，速度提高了1.2马赫。弹头安装了一个孔径巨大的光学窗口以容纳导引头的13个红外焦平面阵列单元，其中10个用于跟踪目标，3个用于探测干扰弹，整个弹头整流罩旋转对准目标。这个窗口的设计和萨德类似，但萨德的窗口是固定的，靠弹体旋转跟踪目标。

> “票房”导弹，其弹头设计被称为RTV（旋转探测）导引头

> 萨德拦截弹的内部结构

“票房”于1990-1991年间在埃格林空军基地进行了8次试射，5次直接命中目标，1次近失，2次脱靶。1994年的一次测试中，F-16飞行员通过VTAS头盔瞄准器捕获目标，发射Box Office击落了一架MQM-107无人机，该机以390节的速度从3.2公里外飞过，导弹发射时离轴角达到72度。

> F-16C发射“票房”

中国湖海军武器中心自1987年开始探索新的格斗导弹技术，BOA项目通过压缩弹翼尺寸以获得更好的适装性，战斗机可以携带更多格斗弹。BOA采用6英寸火箭发动机，尾翼尺寸缩小并取消了陀螺舵，安装了AIM-9D的小鸭翼，还配备了数字式自动驾驶仪；BOA-M采用标准的5英寸“响尾蛇”弹体，缩小了尾翼直径但增加了长度和翼面积以减小阻力并获得更高的机动性。BOA-M至少进行过一次试射，击落了QF-86无人靶机，显示射程和速度都有所提高。

> BOA-M（上）和BOA（下）

> 1991年7月3日，挂载在A-7E翼下的BOA-M

> F/A-18翼下的BOA-M（左）和AIM-9M (右），尾翼尺寸差别很明显

1991年起所有旨在取代“响尾蛇”的计划都被统称为AIM-9X，跳过了T、U、V、W。其性能指标被设定为晴空条件下于13-16公里处捕获目标，在地面杂波干扰下于6.6公里处捕获目标。

中国湖海军武器中心从1986年开始还研发了AIM-9R，基于AIM-9M的弹体、引信和发动机，主要改进了内部电子设备。换装WGU-19/B型数字成像导引头，它采用三轴稳定平台，搭载CCD焦平面阵列，工作在可见光波段（可以看作是电视摄像制导），显著提升了目标探测距离、离轴角、背景干扰抑制能力以及选择性瞄准目标脆弱区域的能力。阵列产生的视频目标信号被数字化后由可编程数字图像处理器进行处理，弹载计算机接受数据后向控制执行器发送方向修正指令。

> AIM-9R导引头结构

AIM-9R已经进入全尺寸发展阶段，由Loral航空电子公司（1990年福特汽车将其航太和航空电子分部出售给Loral公司）制造，实弹测试结果相当成功。

> 1991年4月5日F/A-18A在中国湖试射AIM-9R

但是CCD焦平面阵在当时的技术条件下仅具备昼间探测能力，空军对于这条技术路线持不同看法，再加上缺乏预算，AIM-9R项目于1991年12月下马。

> 这是一张非常罕见的照片，F/A-18翼下挂载了两枚“响尾蛇”惰性弹，右边这枚是AIM-9R，但比标准版大幅度加长了弹头部分，常规的R型尺寸和M型相同，弹头光学窗口段孔径比M型大，更加圆钝

Loral航空电子在同一时期也自行开发过一型神秘导弹，名字似乎叫“红隼”，网络上只有一张图，气动布局更像飞鱼那样的空面导弹，中后部弹体截面呈六边形。

AIM-9X的诞生

1993年，美国国防部站出来终止了这种各自为政的研发乱象，要求海空军联合研发一型通用化新导弹。依然由美国海军航空系统司令部牵头，为期18个月的验证/演示阶段（DEM/VAL）于1994年启动，休斯公司和雷锡昂参与竞标。双方都提出了2个方案，1个为“响尾蛇”改进型，采用127毫米直径的弹体以继续使用现有的Mk36固态火箭发动机、战斗部和引信；另1个采用直径更大的火箭发动机以提高飞行性能。

休斯的“响尾蛇”改进型被称为“票房2”，大幅修改了气动布局，采用小尺寸尾翼，安装了来自海军ESSM导弹的TVC推力矢量控制系统，并且运用了JDAM制导炸弹验证过的低成本技术。制导系统采用了休斯公司为ASRAAM导弹开发的红外焦平面传感器和数字信号处理器。推力矢量技术的应用将导弹的转弯过载提高到50G，转弯半径压缩到300米左右，机动性得到很大提高。

在1994年7月的一次试射中，F-16飞行员使用VTAS头盔瞄准器捕获目标QF-106无人靶机，两机以0.87马赫的速度迎头接近，垂直高差560米，水平距离2630米，飞行员以25度攻角发射导弹时，靶机开始以5G的过载转向F-16，导弹飞离挂架30米后开始以30G过载转向目标，以63度攻角飞行，在6.4秒后穿过靶机的加力燃烧室尾焰，距离目标3.8米，被判定处于杀伤半径内，拦截成功，显示出强大的近距格斗能力。

休斯的第二方案是和英国航宇合作的改进型ASRAAM P31，采用相同的导引头和推力矢量控制技术，弹头直径增大到165毫米，配备了推力更大的火箭发动机，战斗部重量从英国版的8.2公斤增加到12公斤，以满足美方更严格的毁伤要求。

ASRAAM P31由英国政府出资3150万美元在美国埃格林空军基地和中国湖基地进行测试，英国航宇认为该导弹几乎满足全部22项设计指标，但五角大楼对它的成本和风险感到担忧，测试表明在高攻角、红外对抗、杀伤力和互操作性方面无法满足AIM-9X的要求。

雷锡昂的“响尾蛇”改进型基于“票房”导弹，安装了卢卡斯宇航公司设计的推力矢量控制系统。子公司Amber设计的旋转探测导引头旋转速度非常快，0.2秒内可旋转180度，离轴观察角度很大，抗红外干扰能力强。

雷锡昂的第二方案是增大弹径的“票房3”，采用以色列“怪蛇”系列导弹直径162毫米的ND-10火箭发动机，配备推力矢量控制系统。

海军航空系统司令部于1996年12月31日宣布休斯的“响尾蛇”改进型方案胜出，进入为期72个月的工程和生产开发阶段，合同金额1.69亿美元，由美国海军和空军共同承担。这一决定颇为意外，外界原本预期新导弹需要更强大的动力才能和R-73的170毫米直径火箭发动机相匹敌，更看好雷锡昂的“票房3”而不是改装幅度最小的休斯“响尾蛇”改进型。

休斯方案的优势在于成本更低、风险更小：直接采用AIM-9M的发动机、战斗部等部件，节省了测试新部件所需的时间和经费，导弹单价可低于20万美元。同时性能足够好，虽然机动性仍然比不过R-73（R-73比AIM-9X重35%），但已经满足美军要求且系统的整体性能更强。

然而休斯并没有笑到最后。1997年雷锡昂以95亿美元的巨大代价从通用汽车手中收购了休斯电子公司旗下的防务集团，AIM-9X项目又回到了雷锡昂手中。这也是东海岸防务巨头的又一次胜利，令曾经拥有六大航空航天企业总部的南加州只剩下诺格一家（诺格自己也于2011年将总部搬去了弗吉尼亚）。

上世纪末，美国国防工业为适应冷战后国防预算大幅削减的局面而展开了大兼并，1997年波音以133亿美元收购了麦道，雷锡昂也刚刚在和诺格的竞争中胜出并购了德州仪器，昔日百花齐放的航空/航电工业正迅速集中到少数几个巨头身上。

AIM-9X的技术特点

最终定型的AIM-9X拥有“响尾蛇”家族中尺寸最小的弹翼和尾翼，翼展只有0.45米（AIM-9M为0.64米），前翼为固定式提供升力和飞行稳定性，全动尾翼为控制面（与所有其它“响尾蛇”型号相反），均采用钛合金材质，可以承受更大的过载。因为飞控系统中配备了专门的姿态控制系统保证飞行过程中不会发生自旋，终于取消了尾翼末端标志性的陀螺舵。头部蓝宝石光学窗口直径缩小，弹头更尖锐，弹头阻力比AIM-9M减少了50%，以上措施相加总阻力降低15%。

AIM-9X沿用了AIM-9M的弹体、红外/激光近炸引信、WDU-17/B环形破片战斗部和Mk 36固体火箭发动机，因为尾部安装推力矢量控制装置长度比AIM-9M增加了13厘米，重量却减轻了1.8公斤。因为全动尾翼安装有CAS控制作动系统，弹体表面加装了整流盖板，以容纳连接制导段和尾部驱动机构的数据电缆。

> 2个圆形光学窗口中前面紫色的是DSU-15砷化镓激光近炸引信的激光发射器，后面绿色的是激光接收探测器

在尽量利用原有“响尾蛇”部件的基础上，AIM-9X换装了中波红外焦平面阵列图像传感器和推力矢量控制系统，正是这一头一尾两项重大升级将老而弥坚的“响尾蛇”推入第三代格斗导弹的行列。

焦平面阵列（FPA）也被称为凝视平面阵列，由排列在镜头焦平面上的矩形光敏像素阵列组成，它无需扫描直接捕捉整个视场内的图像，就好像人眼一直睁着凝视战场。过去的导弹红外导引头观察到的目标只是一个热源光斑，而红外焦平面阵列看到的是一个二维平面点阵图。

在数码相机、手机镜头、车载激光雷达普及的今天，我们几乎和焦平面阵列产品形影不离。但对于军用探测元件尤其是空空导弹导引头来说，红外焦平面阵列在当时还是非常尖端的技术，锑化铟感光元件原料稀少，制造工艺复杂，产量低，比同等尺寸和分辨率的可见光成像元件要昂贵得多。

> 洛马研制的军用红外焦平面阵列传感器

AIM-9X的导引头是ASRAAM的改进型，两者有50%的零部件相同，其传感器为128x128单元锑化铟红外光敏元件，即感光图像由16384个点组成的。和仅使用4个光敏元件的AIM-9M相比灵敏度高400倍，拥有更宽的瞬时视场和更丰富的细节。

红外焦平面阵列采集的数字图像传输给雷锡昂C-80数字跟踪器处理，跟踪算法依靠形状比对来确定目标的轮廓边界，区分不同目标的红外热点特征，从而识别目标类型（飞机、导弹或者其它飞行物体），通过追踪热点区域的运动姿态变化引导导弹飞向目标，并选择攻击机体结构最薄弱的部分，而不是机上红外辐射最强的一个点。该技术更容易将目标从天空及地面背景中区分出来，识别出热焰弹等红外对抗措施与飞机在红外信号频率、强度和速度上的差异，提高抗干扰能力，且不受传统脉冲干扰器的影响。

> AIM-9X导引头拍摄的QF-4靶机画面

为了大幅度提高机动性，AIM-9X采用了全动尾翼搭配推力矢量控制系统的组合。推力矢量控制（TVC）其实并不是一个新概念，二战时期德国V-2火箭就采用了石墨排气导流片，通过偏转叶片改变发动机推力方向控制弹头滚转，结构简单，直接作用在喷流上偏转推力远大于普通弹翼的气动推力，导弹敏捷性大幅度提高。代价则是导流片必须采用耐火材料，而且会损失发动机推力。

> V-2的尾喷管细节，4片导流片处于偏转状态

上面提到的英国霍克·西德利“尾狗”导弹是探索空空导弹矢量控制的先驱，它在尾喷管底部管壁上环形安装了6片水平转动的遮片，对应6副折叠尾翼。当需要向一个方向偏转时，这个方向的遮片旋转展开遮挡部分喷流，这个方向的推力减小，导弹向这个方向转弯。这种形式的矢量控制优点在于结构重量轻，遮片不工作时不会产生阻力，但工作时推力损失和阻力较大。它的后继型号SRAAM“猫鼬”将遮片精简为4片。

> “尾狗”的尾喷管TVC结构图

> “猫鼬”的尾喷管TVC

而现代格斗弹大都采用了和AIM-9X类似的TVC结构，4片厚实的燃气舵向心伸入喷流中，和尾翼联动共同偏转改变喷流方向。仔细观看可以发现燃气舵的基座位于锥形发动机喷管之后，高温喷流在这里已经完成了膨胀加速的过程，燃气舵的位置不影响喷管工作。基座并不是封闭的环形而开有梯形缺口以减轻结构重量，缺口的引射作用可以混合外部低温气流向基座和内部的舵机提供冷却并增大推力。

> AIM-9X尾喷管和燃气舵特写

> 日本AAM-5导弹尾喷管，燃气舵看上去比较单薄

> R-73E尾喷管，采用的还是遮片式TVC

值得一提的是推力矢量控制的实际工作时间很短，仅在发射后火箭发动机工作的几秒钟内有效，发动机熄火后燃气舵也就成了死重，惯性飞行阶段还是得靠弹翼控制方向。但燃气舵在导弹刚飞离载机还没达到最大速度之前就具备很高的舵效（此时空气舵面的舵效较低），尤其适合瞬息万变的大离轴角近距离格斗，甚至可以做出90度离轴搜索、发射后180度转向越肩攻击这样的超机动战术动作。推力矢量控制系统令导弹能在低速下以高攻角飞行，确保高机动中的载机安全发射。

优秀的红外焦平面阵列导引头、先进的制导系统、包括CTV在内的尾部控制方式给AIM-9X带来非常强悍的作战性能：转弯速率达到100度/秒，是AIM-9M的7倍；使用过载超过60G，是AIM-9M的2倍；配合JHMCS头盔瞄准具离轴角超过90度（飞行员只需注视目标即可自动瞄准并锁定导引头），AIM-9M只有40度。因为气动阻力较小，AIM-9X的射程和速度都有所提高。

AIM-9X的适配性也很高，AIM-120的LAU-127、LAU-128和LAU-129发射架无需改装即可兼容，老式“响尾蛇”的LAU-7发射架则需对连接线进行少量改装。导弹本身采用标准的MIL-STD-1553B数据总线，也兼容AV-8B和AH-1W配备的MIL-STD-1760有效载荷数据总线。

> 因为必须在滑轨上点火发射，AIM-9X无法装入F-35的弹舱，只能外挂

AIM-9X从1998年开始进入为期18个月的试飞阶段，1999年3月首飞。在最初的几次发射中，导弹剧烈旋转而解体，测试失败。改进后在F-15C和F/A-18上共进行了22次分离测试和19次制导试射，成功击中其中18个目标。之后空军和海军又各自进行了11次作战评估试飞，测试中靶机发射干扰弹或者超低空高机动飞行或者处于大离轴角位置，AIM-9X在12次实弹发射中击中9架靶机。

试飞阶段共执行557次飞行任务，包括300小时的飞行可用性测试和3500小时的能力测试。测试结果显示AIM-9X具备足以重新定义空战战术的超高机动性、抗干扰能力和摧毁概率，飞行员通过技术或者运气躲避格斗弹的情况已经不复存在。空军对配备TVC的F-16HVAM验证机的研究表面，即使战斗机自身采用推力矢量控制技术也不能显著提高躲避四代格斗导弹的能力。

面对使用上一代格斗弹的对手，海、空军试飞员取得了超过50:1的击落比。西方军事媒体将AIM-9X和早期的AIM-9B类比为现代人类和原始人的区别。一位在法伦海军航空站驾驶F/A-18和F-14参与测试的试飞员在目视范围内首发击落了所有Top Gun教官，他兴奋地说：“如果你拥有头盔瞄准具和AIM-9X，你就是统治空中的金刚！”

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AIM-9X的装备与发展情况

AIM-9X于2001年开始低速生产，头3年采购量分别为143枚、288枚和581枚。2003年11月入役，首先装备空军的F-15C和海军的F/A-18C。后续合同持续15年，年产600枚，合计超过1万枚，海空军对半分配。

> 2012年5月17日，F-22A在爱德华兹空军基地首次试射AIM-9X

AIM-9X投产后雷锡昂就开始研制它的改进型Block II（初始型号就变成了Block I），于2008年9月开始挂载测试。Block II重新设计了引信，增加了数字化点火安全装置，配备了面向前1/4半球的单向数据链（后升级为双向数据链），升级了飞控系统处理器和作战飞行软件OFS 9.3版本，具有“发射后锁定”的能力。

这种模式下导弹在发射前被头盔瞄准具等设备预先设定目标方位，发射后自动转向该方位搜索目标信号，如果发现目标就自动锁定；如果导弹没有搜索到目标，载机将通过数据链持续更新目标位置，辅助导弹重新捕获目标，导弹具备巡飞弹空中待机的能力。其实Block I就已经具备了有限的发射后锁定能力，无需头盔瞄准具即可实现全包线离轴射击。

常规的“发射前锁定”模式下，导弹在发射架上需完成导引头捕获目标再锁定的流程。对于F-22来说这还得加上打开侧弹舱门、伸出发射导轨将导弹导引头暴露在空气中的时间，而且受机体遮挡导引头视场有限，在激烈的格斗中往往会难以构成发射条件。

> F-22在空中打开侧弹舱

“发射后锁定”模式令导弹发射不再受载机飞行状态的限制，即使不具备锁定条件也可以先行发射导弹，将搜索、锁定的动作推迟到发射后没有任何遮挡的净空条件下完成，拥有360度全方位攻击能力。在数据链的配合下还可以做到A射B导，完全由另一架处于更有利战术位置的飞机指示目标、引导攻击，具备射程35公里的准超视距空战能力，大幅度拓展了有效攻击范围和作战使用场景。2007年12月，F-16在白沙导弹靶场进行的测试中发射AIM-9X击落了一枚处于助推上升段的猎户座探空火箭。

之后升级的OFS 9.4版本还增加了对地/对海攻击能力和导弹间自排序能力。2008年到2009年间AIM-9X曾在空军的测试中击毁高速行驶的装甲运兵车和高速靶艇，但2010年的6次水面攻击能力测试命中率仅为66%。美国海军还曾测试过AIM-9X的垂直发射能力，希望将它用于潜艇防空，在濒海联合作战时释放上浮的发射箱发射导弹打击敌方的反潜机、直升机和高速巡逻艇。测试中AIM-9X由陆军的XM-85垂直发射装置发射，成功自动捕获并直接命中一架低速飞行的无人直升机靶机。

美国陆军也在2016年用最新的MML多任务发射架测试AIM-X的野战防空能力，用于对抗无人机和巡航导弹，替换老旧的陆军版“响尾蛇”MIM-72系列，作为“毒刺”和“爱国者”之间的近程防空主力。

2012年雷锡昂在Block II尚未投产时就开始研制Block III，其主要目标是将射程增加60%。因为海军预计雷达制导的AIM-120D将难以锁定中国的第五代战斗机，它们配备的有源相控阵雷达上的数字化射频存储器干扰器能够干扰AIM-120D的弹载雷达，降低其命中概率。因此需要射程更大的被动红外成像制导导弹作为雷达制导中距弹的补充用于超视距空战，改进AIM-9X比研发新型导弹更具备成本效益。原本计划AIM-9X Block III于2022年达到初始作战能力，主要配备F-35C，但美国海军在2016财年削减了F-35C的采购数量，同时取消了Block III的采购计划。

AIM-9X目前的年产量是1400枚，雷锡昂计划到2028年增加到2500枚。除了美军还有超过30个国家装备，包括北约装备美制战斗机的比利时、丹麦、意大利、挪威、荷兰、波兰、罗马尼亚、土耳其，亚太地区的澳大利亚、新加坡、韩国，中东地区的摩洛哥、沙特和以色列等国。

作为美军格斗弹的绝对主力，AIM-9X还将服役数十年，而目前已知的唯一战果是2023年2月4日F-22在南卡罗来纳州海岸击落的那只探空气球，当时飞行高度在1.8万米以上。同年11月2日，以色列空军的F-35I发射AIM-9X击落了一枚来历不明的巡航导弹。

终于填完了这个大坑，5篇响尾蛇导弹系列的最后一篇，第一篇是2023年写的，一晃3年了。